KR102469417B1 - Ess 열폭주 이상징후 조기 검출시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 구조 및 유체이동경로에 따라, 발생 가능한 오프가스 종류들 각각을 센싱하기 위한 오프가스 센서들을 설치함과 동시에 각 오프가스 센서에서 검출된 측정값을 기반으로 오프가스 발생 여부를 판단하도록 구성되며, 발생 가능한 오프가스 종류들에 각각을 센싱하기 위한 유사가스 센서들을 외기유입구에 별도로 설치함으로써 오프가스뿐만 아니라 유사가스의 유입 여부를 감안하여 오프가스 발생 여부를 판단하여, 판단의 정확성 및 신뢰도를 극대화시켜, 화재를 초기에 신속하게 진입할 수 있을 뿐만 아니라 오판단 및 오류를 효과적으로 절감시킬 수 있으며, 케이스 종류(원통/파우치/각형 등)와 SOC, 스트레스 종류 등의 다양한 조건에 따른 발생 가능한 오프가스들 각각에 대한 정확한 검출이 가능하여 화재방지의 효율성을 더욱 높일 수 있는 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

Description

ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템 및 방법{System and method for early detecting abnormality sing of ESS thermal runaway occurs}

본 발명은 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게로는 배터리 구조 및 유체이동경로에 따라, 발생 가능한 오프가스 종류들 각각을 센싱하기 위한 오프가스 센서들을 설치함과 동시에 각 오프가스 센서에서 검출된 측정값을 기반으로 오프가스 발생 여부를 판단하도록 구성되며, 발생 가능한 오프가스 종류들에 각각을 센싱하기 위한 유사가스 센서들을 외기유입구에 별도로 설치함으로써 오프가스뿐만 아니라 유사가스의 유입 여부를 감안하여 오프가스 발생 여부를 판단하여, 판단의 정확성 및 신뢰도를 극대화시켜, 화재를 초기에 신속하게 진입할 수 있을 뿐만 아니라 오판단 및 오류를 효과적으로 절감시킬 수 있으며, 케이스 종류(원통/파우치/각형 등)와 SOC, 스트레스 종류 등의 다양한 조건에 따른 발생 가능한 오프가스들 각각에 대한 정확한 검출이 가능하여 화재방지의 효율성을 더욱 높일 수 있는 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 태양광, 풍력 등을 이용한 하이브리드 발전설비가 확장됨에 따라, 하이브리드 발전설비에 의해 생성된 전력을 대량 저장하기 위한 ESS(에너지 저장장치)에 대한 관심 또한 급증하고 있다.

통상적으로, 하이브리드 전지에서 발생되는 전기 에너지의 양은 미세하기 때문에 다수의 태양전지를 패널(모듈)로 제작하여 복수개의 태양광 패널을 하나의 그룹으로 구성하는 방식으로 다수의 태양전지패널 그룹들을 병렬로 연결하여 필요한 전력을 얻도록 하고 있다.

ESS(에너지 저장장치)는 이러한 하이브리드 발전설비에서 생산된 전력을 저장하되, 전력 부족 시, 송전해주기 위한 저장장치를 의미한다.

특히 최근에는, 대규모 ESS 장치를 소형으로 구성하여 빌딩, 공장, 가정 등의 일반 수용가에서 정전 대비용 또는 피크 전력 감축용으로 사용하는 경우가 늘고 있다.

이러한 ESS는 발전된 직류전원을 교류전원으로 변환한 후, 전기에너지를 축전지에 저장하도록 구성되었으나, 단위 배터리유닛들의 용량이 제한되기 때문에 다수의 배터리유닛들을 랙에 설치하여 전기에너지를 저장하고, 교류 배전반에 의해 승압되어 전력계통 또는 수용가에 공급하도록 구성됨으로써 다수의 배터리유닛들이 밀집 상태로 설치됨에 따라 화재 발생 시에 화염이 인접 배터리들로 쉽게 전파되는 단점을 갖는다.

현재, 에너지저장장치(ESS)에 압력, 과열, 진동, 충격, 쇼트, 과충전, 방전 등의 원인으로 인하여 화재가 비일비재하게 발행하고 있으며, 한번 발생된 화재는 진화가 어려워 ESS 전체를 소실하고 있는 실정이다.

이러한 ESS 대형화재는 에너지신산업의 성장을 방해하고 있으며, 초소형 무선센서 기반 ESS 화재안전 시스템에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다.

도 1은 리튬이온전지의 열폭주 메커니즘을 나타내는 개념도이다.

도 1의 리튬이온전지(100)는 배터리에 전기적, 열적, 물리적으로 외부 스트레스가 발생하거나 또는 배터리 셀의 품질 불량으로 인해 배터리 셀 내부의 온도가 상승하는 경우, 전해질이 기화하여 압력이 증가하게 되고, 이러한 배터리 셀의 내부 압력이 증가하게 되면 배터리 셀의 벤팅(Venting)이 발생하여 배터리 셀의 외부로 전해질 증기 및 분해/반응가스가 배출되게 된다.

이러한 상태가 지속되면, 배터리 셀의 내부 온도가 상승하여, 분리막이 손상되어 내부단락이 시작되어 다량의 연기가 발생한 후, 열폭주가 발생하게 되고, 이러한 열폭주는 인접한 배터리 셀로 열적 스트레스를 전달하여 병렬로 연결된 배터리 셀들 전체로 열폭주가 전파하게 된다.

또한 리튬이온배터리는 오프가스가 발생할 때, 1)벤팅 발생 시, 배터리 전해질 증기가 다량 배출되되, 분해/반응 가스는 극소량이 배출되고, 2)열폭주 발생 근접 시, 배터리 전해질 증기 배출은 감소하되, 분해/반응 가스는 다량 배출되는 특성을 갖는다.

또한 리튬이온배터리는 케이스 종류(원통/각형/파우치 등)와 SOC, 스트레스 종류 등의 다양한 조건에 따라, 벤팅 발생 시점이 상이한 특성을 갖는다.

국내등록특허 제10-2259495호(발명의 명칭 : 배터리의 오프 가스 방출 모니터링 장치)는 광섬유 케이블을 이용하여 배터리 셀의 오프 가스를 검출할 수 있는 배터리의 오프 가스 방출 모니터링 장치(이하 종래기술이라고 함)에 관한 것으로, 상세하게로는 기 설정된 파장을 갖는 광을 제공하는 광원부와, 광원부의 광을 전달하며 배터리 셀의 벤트 홀(Vent Hole)에 근접하면서 배터리 셀의 전극에 부착되는 광섬유 케이블과, 광섬유 케이블의 변형에 의해 광섬유 케이블을 통해 전달되는 반사된 해당 파장의 광의 세기에 따라 배터리 셀의 오프 가스 방출 여부를 판단하되, 배터리 셀의 벤트 홀 개방시 광섬유 케이블과 오프 가스의 직접 접촉에 따라 오프 가스의 온도를 측정하는 신호 처리부를 포함한다.

이러한 종래기술은 배터리의 정확한 오프 가스 방출 여부 판단이 가능하며, 센서를 통한 빛의 파장 비교를 통하여 모듈 단위 이하의 배터리 이상을 감시하여 유지보수성 및 화재방지의 신뢰성을 높일 수 있는 장점을 갖는다.

그러나 종래기술은 리튬이온배터리의 벤팅 발생 시점 및 오프가스 종류가, 케이스 종류(원통/각형/파우치 등)와 SOC, 스트레스 종류 등의 다양한 조건에 따라, 상이하게 발생하는 특성을 전혀 감안하지 않았기 때문에 판단 정확성 및 정밀도가 현저히 떨어지는 단점을 갖는다.

또한 종래기술은 외부로부터 오프가스와 유사한 가스(이하 유사가스라고 함)가 유입되는 경우, 이를 검출하기 위한 기술 및 방법이 전혀 개시되어 있지 않기 때문에 판단의 정확성이 저하되는 문제점이 발생한다.

일반적으로, 오프가스는 다양한 성분의 증기 및 가스로 이루어지나, 종래기술은 단순히 광섬유 케이블에서 반사되는 해당 파장의 광의 세기를 분석하여 오프가스 발생 여부를 측정하도록 구성되었기 때문에 다양한 종류의 증기 및 가스에 대한 검출 정확성이 떨어지는 구조적 한계를 갖는다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 배터리 구조 및 유체이동경로에 따라, 발생 가능한 오프가스 종류들 각각을 센싱하기 위한 오프가스 센서들을 설치함과 동시에 각 오프가스 센서에서 검출된 측정값을 기반으로 오프가스 발생 여부를 판단하도록 구성되며, 발생 가능한 오프가스 종류들에 각각을 센싱하기 위한 유사가스 센서들을 외기유입구에 별도로 설치함으로써 오프가스뿐만 아니라 유사가스의 유입 여부를 감안하여 오프가스 발생 여부를 판단하여, 판단의 정확성 및 신뢰도를 극대화시켜, 화재를 초기에 신속하게 진입할 수 있을 뿐만 아니라 오판단 및 오류를 효과적으로 절감시킬 수 있으며, 케이스 종류(원통/파우치/각형 등)와 SOC, 스트레스 종류 등의 다양한 조건에 따른 발생 가능한 오프가스들 각각에 대한 정확한 검출이 가능하여 화재방지의 효율성을 더욱 높일 수 있는 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 내부에 배터리 셀이 배치되는 배터리 랙(BR)들이 챔버에 설치되며, 상기 챔버로 외기를 유입시키는 외기유입구를 포함하는 ESS의 열폭주를 조기에 검출하기 위한 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템에 있어서: 상기 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템은 상기 배터리 랙(BR)들 각각에 설치되되, 해당 배터리 셀에서 발생 가능한 오프가스 종류들 각각을 센싱하는 오프가스 센서들; 상기 외기유입구에 설치되며, 상기 오프가스 센서들에서 센싱하는 오프가스 종류들을 각각을 센싱하는 유사가스 센서들; 상기 오프가스 센서들 및 상기 유사가스 센서들로부터 측정데이터들을 수신 받으면, 수신 받은 측정데이터들을 분석하여, 돌발 상황을 검출하는 모니터링 단말기; 상기 오프가스 센서들 및 상기 유사가스 센서들로부터 전송받은 측정데이터들 전압으로 변환하는 데이터 변환장치; 상기 데이터 변환장치로부터 출력되는 전압값을 활용하여, 상기 오프가스 센서들 및 상기 유사가스 센서들로부터 전송받은 측정데이터들을 검출한 후, 검출된 측정데이터들을 저장함과 동시에 그래프화 하여 전시하며, 상기 모니터링 단말기로 전송하는 데이터 수집기(DAQ, Data AcQuisition)를 포함하고, 상기 모니터링 단말기는 메모리; 상기 데이터 수집기로부터 전송받은 각 센서의 측정데이터들을 입력받는 측정데이터 입력부; 오프가스 검출여부 판단부; 후속대응 처리부를 포함하고, 상기 오프가스 검출여부 판단부는 상기 ESS의 상태정보를 ‘null’로 초기화하는 상태정보 초기화모듈; 상기 오프가스 센서들 및 상기 유사가스 센서들 각각의 측정값을 ‘null’로 초기화하는 센서 초기화모듈; 상기 측정데이터 입력부를 통해 입력된 측정데이터들 중, 상기 유사가스 센서들로부터 전송받은 측정데이터들을 분석하여, 각 유사가스 센서의 측정값을, 유사가스가 감지되었다고 판단할 수 있는 측정값의 최소값인 기 설정된 임계치와 비교하는 유사가스 측정데이터 분석모듈; 상기 유사가스 측정데이터 분석모듈에 의해 검출된 분석데이터를 활용하여, 상기 유사가스 센서들 중, 1)임계치 이상의 측정값을 갖는 유사가스 센서가 적어도 하나 이상이면, 유사가스가 유입되었다고 판단하는 유사가스 유입여부 판단모듈; 상기 유사가스 유입여부 판단모듈에서 유사가스가 유입되었다고 판단될 때 실행되며, 현재 상태정보를 제2 돌발 상황으로 결정하는 제2 돌발 상황 결정모듈을 포함하고, 상기 후속대응 처리부는 상기 오프가스 검출여부 판단부에서 제2 돌발 상황이 발생하였다고 결정되면, 제2 돌발 상황이 발생하였음을 나타내는 알람경고정보가 외부로 출력되도록 제어하는 것이다.

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또한 본 발명에서 상기 유사가스 유입여부 판단모듈은 상기 유사가스 측정데이터 분석모듈에 의해 검출된 분석데이터를 입력받는 분석데이터 입력모듈; 상기 분석데이터 입력모듈을 통해 입력된 각 유사가스 센서의 측정데이터가, 기 설정된 임계치 이상인지를 비교하며, 유사가스 센서들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출되면, 유사가스가 유입되었다고 1차적으로 판단하는 비교 및 판단모듈; 상기 비교 및 판단모듈에서, 유사가스 센서들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출될 때 실행되며, 상기 메모리로부터 이전 주기의 상기 오프가스 센서들의 측정값들을 추출하는 이전 오프가스 측정값 추출모듈; 상기 이전 오프가스 측정값 추출모듈에 의해 추출된 이전 오프가스 센서들의 측정값들을 분석하여, 1)이전 주기에 오프가스가 검출되지 않았으면, 유사가스가 유입되었다고 최종적으로 결정하며, 2)이전 주기에 오프가스가 검출되었으면, 유사가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정하는 유사가스 유입여부 최종 판단모듈을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 오프가스 검출여부 판단부는 1)상기 비교 및 판단모듈에서, 유사가스 센서들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 하나도 검출되지 않거나 또는 2)상기 유사가스 유입여부 최종 판단모듈에서, 유사가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정될 때 실행되며, 상기 측정데이터 입력부를 통해 입력된 측정데이터들 중, 상기 오프가스 센서들로부터 전송받은 측정데이터들을 분석하여, 각 오프가스 센서의 측정값을, 오프가스가 발생하였다고 판단할 수 있는 기 설정된 제2 임계치와 비교하는 오프가스 측정데이터 분석모듈; 상기 오프가스 측정데이터 분석모듈에 의해 검출된 분석데이터를 활용하여, 상기 오프가스 센서들 중, 1)제2 임계치 이상의 측정값을 갖는 오프가스 센서가 적어도 하나 이상이면, 오프가스가 발생하였다고 판단하는 오프가스 발생여부 유입여부 판단모듈; 상기 오프가스 발생여부 판단모듈에서 오프가스가 발생하였다고 판단될 때 실행되며, 현재 상태정보를 제1 돌발 상황으로 결정하는 제1 돌발 상황 결정모듈을 포함하고, 상기 후속대응 처리부는 상기 오프가스 검출여부 판단부에서 제1 돌발 상황이 발생하였다고 결정되면, 제1 돌발 상황이 발생하였음을 나타내는 알람경고정보가 외부로 출력되도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 오프가스 발생여부 유입여부 판단모듈은 상기 오프가스 측정데이터 분석모듈에 의해 검출된 분석데이터를 입력받는 제2 분석데이터 입력모듈; 상기 제2 분석데이터 입력모듈을 통해 입력된 각 오프가스 센서의 측정데이터가, 기 설정된 제2 임계치 이상인지를 비교하며, 상기 오프가스 센서들 중, 제2 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출되면, 오프가스가 유입되었다고 1차적으로 판단하는 제2 비교 및 판단모듈; 상기 제2 비교 및 판단모듈에서, 상기 오프가스 센서들 중, 제2 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출될 때 실행되며, 상기 메모리로부터 이전 주기의 상기 유사가스 센서들의 측정값들을 추출하는 이전 유사가스 측정값 추출모듈; 상기 이전 유사가스 측정값 추출모듈에 의해 추출된 이전 주기의 상기 유사가스 센서들의 측정값들을 분석하여, 1)이전 주기에 유사가스가 검출되지 않았으면, 오프가스가 유입되었다고 최종적으로 결정하며, 2)이전 주기에 유사가스가 검출되었으면, 오프가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정하는 오프가스 유입여부 최종 판단모듈을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 배터리 구조 및 유체이동경로에 따라, 발생 가능한 오프가스 종류들 각각을 센싱하기 위한 오프가스 센서들을 설치함과 동시에 각 오프가스 센서에서 검출된 측정값을 기반으로 오프가스 발생 여부를 판단하도록 구성되며, 발생 가능한 오프가스 종류들에 각각을 센싱하기 위한 유사가스 센서들을 외기유입구에 별도로 설치함으로써 오프가스뿐만 아니라 유사가스의 유입 여부를 감안하여 오프가스 발생 여부를 판단하여, 판단의 정확성 및 신뢰도를 극대화시켜, 화재를 초기에 신속하게 진입할 수 있을 뿐만 아니라 오판단 및 오류를 효과적으로 절감시킬 수 있으며, 케이스 종류(원통/파우치/각형 등)와 SOC, 스트레스 종류 등의 다양한 조건에 따른 발생 가능한 오프가스들 각각에 대한 정확한 검출이 가능하여 화재방지의 효율성을 더욱 높일 수 있게 된다.

도 1은 리튬이온전지의 열폭주 메커니즘을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2의 배터리 랙(BR)에서 발생 가능한 오프가스의 성분표를 나타내는 예시도이다.
도 4는 도 2의 모니터링 단말기를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 오프가스 검출여부 판단부를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5의 유사가스 유입여부 판단모듈을 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 5의 오프가스 발생여부 판단모듈을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템의 동작과정을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 9는 도 8의 유사가스 검출여부 판단단계를 나타내는 플로차트이다.
도 10은 도 8의 오프가스 검출여부 판단단계를 나타내는 플로차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예인 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템을 나타내는 구성도이다.

본 발명의 일실시예인 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템(1)은 배터리 구조 및 유체이동경로에 따라, 발생 가능한 오프가스 종류들 각각을 센싱하기 위한 오프가스 센서들을 설치함과 동시에 각 오프가스 센서에서 검출된 측정값을 기반으로 오프가스 발생 여부를 판단하도록 구성되며, 발생 가능한 오프가스 종류들에 각각을 센싱하기 위한 유사가스 센서들을 외기유입구에 별도로 설치함으로써 오프가스뿐만 아니라 유사가스의 유입 여부를 감안하여 오프가스 발생 여부를 판단하여, 판단의 정확성 및 신뢰도를 극대화시켜, 화재를 초기에 신속하게 진입할 수 있을 뿐만 아니라 오판단 및 오류를 효과적으로 절감시킬 수 있으며, 케이스 종류(원통/파우치/각형 등)와 SOC, 스트레스 종류 등의 다양한 조건에 따른 발생 가능한 오프가스들 각각에 대한 정확한 검출이 가능하여 화재방지의 효율성을 더욱 높이기 위한 것이다.

또한 본 발명의 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템(1)은 도 2에 도시된 바와 같이, 에너지저장시스템(ESS, Energy Storage System)(11)과, ESS(11)의 챔버(111)에 설치되어 각 배터리 랙(BR)에서 발생하는 오프가스들을 종류별로 감지하는 오프가스 센서(S1, ..., Sn)들과, ESS(11)의 외기유입구(113)에 설치되어 유사가스들을 종류별로 감지하는 유사가스 센서(S1’, ..., Sn‘)들과, 오프가스 센서(S1, ..., Sn)들 및 유사가스 센서(S1’, ..., Sn‘)들과 연결되어 이들로부터 출력되는 측정데이터를 전압으로 변환시키는 데이터 변환장치(7)와, 데이터 변환장치(7)와 연결되어 각 센서의 측정데이터를 저장함과 동시에 그래프화하여 디스플레이 하는 데이터 수집기(DAQ, Data AcQuisition)(5)와, 데이터 수집기(5)로부터 측정값 데이터를 수신 받으면, 후술되는 도 5 내지 7의 오프가스 검출여부 판단부(353)를 통해 수신 받은 측정값 데이터를 분석하여, 오프가스 발생 여부를 감지함과 동시에 알람을 출력하는 모니터링 단말기(3)로 이루어진다.

일반적으로, ESS(11)는 내부에 리튬이온배터리인 배터리 셀(C)이 내부에 배치되는 배터리 랙(BR)들이 다수 연결되는 배터리 트레이(BT)와, 열폭주 감지 시, 소화약제를 분사하는 소화부와, 배터리 트레이(BT)가 설치되는 챔버(111)로 외기를 유입시키는 외기유입부를 포함하고, 배터리 트레이(BT)는 외함의 챔버(111)에 설치되고, 챔버(111)와 소정 간격 이격된 위치에는 외기유입구(113)가 형성되어, 외기가 챔버(111) 내부로 유입되게 된다.

오프가스 센서(S1, ..., Sn)들은 ESS(11)의 챔버(111)에 설치, 상세하게로는 각 배터리 랙(BR)의 내기가 배기되는 배기부에 설치되어, 해당 배터리 랙(BR)에서 배기되는 오프가스의 종류별로 가스농도값을 측정한다.

도 3은 도 2의 배터리 랙(BR)에서 발생 가능한 오프가스의 성분표를 나타내는 예시도이다.

일반적으로, 배터리 셀은 케이스 종류(원통/각형/파우치 등)와 SOC, 스트레스 종류 등의 조건에 따라, 벤팅(Venting) 발생 시점, 발생 가능한 오프가스의 종류 및 발생 위치 등이 상이한 특성을 갖는다. 이때 오프가스라고 함은, 배터리 내부에서 기화된 전해질 증기와, 고열/고압 환경에서 분해도거나 화학반응으로 발생한 가스로 정의되며, 벤팅 발생부터 열폭주까지 배터리 내부에서 배출되는 증기 및 가스를 의미한다.

일례로, 특정 제조사 및 규격의 배터리 셀에서 발생 가능한 오프가스로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 일산화탄소(CO), 수소(H2), 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4), 기타 탄화수소류(Other HCS)로 이루어질 수 있다.

본 발명은 이러한 배터리 셀의 특성을 감안하여, 배터리 랙(BR)을 구성하는 배터리 셀의 케이스 종류(원통/각형/파우치 등)와 SOC, 스트레스 종류 등에 따른, 벤팅(Venting) 발생 시점, 발생 가능한 오프가스의 종류 및 발생 위치를 다수의 실험을 통해 사전에 조사하여, 해당 배터리 랙(BR)에서 발생 가능한 오프가스의 종류별로 오프가스 센서(S1, ..., Sn)들을 설치하였고, 이에 따라 오프가스 검출의 정확성 및 정밀도를 극대화시킬 수 있게 된다.

유사 오프가스 센서(S1’), ..., (Sn’)들은 챔버(111)의 내부로 외기를 유입시키는 외기유입구(113)에 설치되며, 외기 성분 중 오프가스 성분과 유사한 가스(이하 유사- 오프가스라고 함)를 종류별로 측정한다.

즉 유사 오프가스 센서(S1’), ..., (Sn’)들은 각 배터리 랙(BR)에서 발생 가능한 오프가스 종류들에 대응하게 구비되어, 외기로부터 유사가스들을 종류별로 측정하게 된다.

일반적으로, ESS(11)는 설치 장소의 특성 및 환경에 따라, 외기유입구(113)를 통해 유입되는 외기에는, 오프가스를 구성하는 성분이 포함될 수 있으나, 종래에는 외기유입구를 통해 유사가스가 유입될 때, 오프가스 센서(S)가 유입된 유사가스를 감지하여, 배터리 랙(BR)에서 오프가스가 발생하였다고 판단하는 오류가 빈번하게 발생하는 단점을 갖는다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결할 수 있는 것으로서, 배터리 랙(BR)에서 발생 가능한 오프가스 종류들에 대응하는, 유사가스 센서(S1’), ..., (Sn’)들을 외기유입구(113)에 별도로 설치함으로써 유사가스의 유입으로 인한 오류 및 오판단을 현저히 절감시킬 수 있게 된다.

데이터 변환장치(7)는 오프가스 센서(S1), ..., (Sn)들 및 유사가스 센서(S1’), ..., (Sn’)들로부터 출력되는 신호를 전압으로 변환시켜, 데이터 수집기(5)로 전달하는 기능을 수행한다.

이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 데이터 수집기(5) 및 센서들 사이에 데이터 변환장치(7)가 설치되어, 데이터 수집기(5)가 센서들로부터 측정데이터를 수집하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 데이터 수집기(5)가 센서들로부터 측정데이터를 수집하는 기술 및 방법은 공지된 다양한 방식이 적용될 수 있다.

데이터 수집기(5)는 데이터 변환장치(7)를 통해, 오프가스 센서(S1), ..., (Sn)들 및 유사 오프가스 센서(S1’), ..., (Sn’)들로부터 수신 받은 측정값들을 저장함과 동시에 그래프화하여 디스플레이 패널을 통해 전시하며, 모니터링 단말기(3)로 측정값들을 출력한다.

모니터링 단말기(3)는 데이터 수집기(5)로부터 측정값들을 전송받으면, 후술되는 도 5 내지 7의 오프가스 검출여부 판단부(353)을 통해, 전송받은 각 센서의 측정값들을 분석하여, 오프가스 검출 여부를 판단함과 동시에 경고알람 출력을 제어한다.

도 4는 도 2의 모니터링 단말기를 나타내는 블록도이다.

모니터링 단말기(3)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(30)와, 메모리(31), 통신 인터페이스부(32), 센서 설정부(33), 측정데이터 입력부(34), 오프가스 검출여부 판단부(35), 후속대응 처리부(36), 디스플레이부(37)로 이루어진다.

제어부(30)는 모니터링 단말기(3)의 O.S(Operating System)이며, 제어대상(31), (32), (33), (34), (35), (36), (37)들의 동작을 관리 및 제어한다.

또한 제어부(30)는 통신 인터페이스부(32)를 통해 데이터 수집기(5)로부터 각 센서의 측정데이터들을 수신 받으면, 수신 받은 측정데이터들을 메모리(31)에 저장함과 동시에 측정데이터 입력부(34)로 출력한다.

또한 제어부(30)는 오프가스 검출여부 판단부(35)에서, 제1 돌발 상황 또는 제2 돌발 상황이 판단되면, 후속대응 처리부(36)를 실행시킨다.

이때 제1 돌발 상황은 오프가스가 검출되었다고 판단되는 상태를 의미하고, 제2 돌발 상황은 유사가스가 유입되었다고 판단되는 상태를 의미한다.

메모리(31)에는 센서 설정부(33)에 의해 설정된 ESS(11)의 구조 및 구성 정보와, 각 배터리 랙(BR)에 설치된 오프가스 센서(S1), ...., (Sn)들 각각의 통신식별정보 및 설치위치정보, 외기유입구(113)에 설치된 유사가스 센서(S1’), ..., (Sn’)들 각각의 통신식별정보 및 설치위치정보가 저장된다.

또한 메모리(31)에는 각 센서로부터 전송받은 측정데이터들이 저장된다.

또한 메모리(31)에는 기 설정된 오프가스 검출 알고리즘이 저장된다.

이때 오프가스 검출 알고리즘은, 각 센서로부터 입력된 측정값들을 분석하여, ‘정상’, ‘제1 돌발 상황’ 및 ‘제2 돌발 상황’ 중 어느 하나를 현재 상태로 출력하기 위한 알고리즘으로 정의된다.

통신 인터페이스부(32)는 데이터 수집기(5)와 데이터를 송수신한다.

센서 설정부(33)는 모니터링 대상인 ESS(11)와 최초 연결될 때 실행되며, 최종 설정된 설정정보는 메모리(31)에 저장된다.

센서 설정부(33)는 모니터링 대상인 ESS(11)의 구조 및 구성정보를 설정한다. 이때 구조 및 구성정보라고 함은, ESS(11)에 구비된, 배터리 랙(BR)들의 수량 및 위치 등의 정보를 의미한다.

또한 센서 설정부(33)는 모니터링 대상인 ESS(11)의 각 배터리 랙(BR)에 설치된 오프가스 센서(S1), ...., (Sn)들 각각의 통신식별정보 및 설치위치정보, 외기유입구(113)에 설치된 유사가스 센서(S1’), ..., (Sn’)들 각각의 통신식별정보 및 설치위치정보들을 설정한다.

이때 제어부(30)는 센서 설정부(33)에 의해 설정된 데이터인 설정정보를 메모리(31)에 저장한다.

측정데이터 입력부(34)는 통신 인터페이스부(32)를 통해 데이터 수집기(5)로부터 전송받은 각 센서의 측정데이터를 입력받는다.

오프가스 검출여부 판단부(35)는 후술되는 도 5 내지 7의 오프가스 검출여부 판단부(353)를 통해, 측정데이터 입력부(34)를 통해 입력된 각 센서의 측정데이터를 분석하여, 현재 상태를 판별한다.

도 5는 도 4의 오프가스 검출여부 판단부를 나타내는 블록도이다.

오프가스 검출여부 판단부(35)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상태정보 초기화모듈(351)과, 센서 초기화모듈(352), 유사가스 측정데이터 분석모듈(353), 유사가스 유입여부 판단모듈(354), 제2 돌발 상황 결정모듈(355), 오프가스 측정데이터 분석모듈(356), 오프가스 발생여부 판단모듈(357), 제1 돌발 상황 결정모듈(358), 상태정보 생성모듈(359)로 이루어진다.

상태정보 초기화모듈(351)은 해당 ESS의 상태정보를 ‘null’로 초기화한다.

센서 초기화모듈(352)은 오프가스 센서(S1), ..., (Sn)들 및 유사가스 센서(S1‘), ..., (Sn’)들 각각의 측정값을 ‘null’로 초기화한다.

유사가스 측정데이터 분석모듈(353)은 측정데이터 입력모듈(33)을 통해 입력된 측정데이터들 중, 유사가스 센서(S1‘), ..., (Sn’)들로부터 전송받은 측정데이터들을 분석하여, 각 유사가스 센서(S’)의 측정값을, 기 설정된 임계치와 비교한다.

이때 임계치는 유사가스가 감지되었다고 판단할 수 있는 측정값의 최소값으로 정의된다.

도 6은 도 5의 유사가스 유입여부 판단모듈을 나타내는 블록도이다.

유사가스 유입여부 판단모듈(354)은 도 6에 도시된 바와 같이, 분석데이터 입력모듈(3541)과, 비교 및 판단모듈(3542), 이전 오프가스 측정값 추출모듈(3543), 유사가스 유입여부 최종 판단모듈(3544)로 이루어진다.

분석데이터 입력모듈(3541)은 유사가스 측정데이터 분석모듈(353)에 의해 검출된 분석데이터를 입력받는다.

비교 및 판단모듈(3542)은 각 유사가스 센서(S’)의 측정데이터가, 기 설정된 임계치 이상인지를 비교한다.

또한 비교 및 판단모듈(3542)은 유사가스 센서(S’)들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출되면, 유사가스가 유입되었다고 1차적으로 판단한다.

이때 제어부(30)는 1)비교 및 판단모듈(3542)에서, 유사가스 센서(S’)들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 하나도 검출되지 않으면, 유사가스 유입여부 판단모듈(354)의 동작을 종료하고, 오프가스 측정데이터 분석모듈(356)을 실행시키며, 2)비교 및 판단모듈(354)에서, 유사가스 센서(S‘)들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출되면, 이전 오프가스 측정값 추출모듈(3543)을 실행시킨다.

이전 오프가스 측정값 추출모듈(3543)은 비교 및 판단모듈(354)에서, 유사가스 센서(S‘)들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출될 때 실행되며, 메모리(31)로부터 이전 오프가스 센서(S)들의 측정값들을 추출한다.

유사가스 유입여부 최종 판단모듈(3544)은 이전 오프가스 측정값 추출모듈(3543)에 의해 추출된 이전 오프가스 센서(S)들의 측정값들을 분석하여, 1)이전 주기에 오프가스가 검출되지 않았으면, 유사가스가 유입되었다고 최종적으로 결정하며, 2)이전 주기에 오프가스가 검출되었으면, 유사가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정한다.

이때 제어부(30)는 유사가스 유입여부 최종 판단모듈(3544)에서, 1)유사가스가 유입되었다고 최종적으로 결정되면, 도 5의 제2 돌발 상황 결정모듈(355)을 실행시키고, 2)유사가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정되면, 오프가스 측정데이터 분석모듈(356)을 실행시킨다.

제2 돌발 상황 결정모듈(355)은 유사가스 유입여부 판단모듈(354)에서 유사가스가 유입되었다고 최종적으로 결정되었다고 판단될 때 실행되며, 현재 상태정보를 제2 돌발 상황으로 결정한다.

오프가스 측정데이터 분석모듈(356)은 1)전술하였던 도 6의 비교 및 판단모듈(3542)에서, 유사가스 센서(S’)들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 하나도 검출되지 않거나 또는 2)유사가스 유입여부 최종 판단모듈(3544)에서,유사가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정될 때, 실행된다.

또한 오프가스 측정데이터 분석모듈(356)은 측정데이터 입력모듈(33)을 통해 입력된 측정데이터들 중, 오프가스 센서(S1), ..., (Sn)들로부터 전송받은 측정데이터들을 분석하여, 각 오프가스 센서(S)의 측정값을, 기 설정된 제2 임계치와 비교한다.

이때 제2 임계치는 오프가스가 감지되었다고 판단할 수 있는 측정값의 최소값으로 정의된다.

도 7은 도 5의 오프가스 발생여부 판단모듈을 나타내는 블록도이다.

오프가스 발생여부 판단모듈(357)은 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 분석데이터 입력모듈(3571)과, 제2 비교 및 판단모듈(3572), 이전 유사가스 측정값 추출모듈(3573), 오프가스 발생여부 최종 판단모듈(3574)로 이루어진다.

제2 분석데이터 입력모듈(3571)은 오프가스 측정데이터 분석모듈(356)에 의해 검출된 분석데이터를 입력받는다.

제2 비교 및 판단모듈(3572)은 각 오프가스 센서(S)의 측정데이터가, 기 설정된 제2 임계치 이상인지를 비교한다.

또한 제2 비교 및 판단모듈(3572)은 오프가스 센서(S)들 중, 제2 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출되면, 오프가스가 유입되었다고 1차적으로 판단한다.

이때 제어부(30)는 1)제2 비교 및 판단모듈(3572)에서, 오프가스 센서(S)들 중, 제2 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 하나도 검출되지 않으면, 오프가스 발생여부 판단모듈(357)의 동작을 종료시킨 후, 상태정보 생성모듈(359)을 실행시키며, 2)제2 비교 및 판단모듈(357)에서, 오프가스 센서(S)들 중, 제2 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출되면, 이전 유사가스 측정값 추출모듈(3573)을 실행시킨다.

이전 유사가스 측정값 추출모듈(3573)은 제2 비교 및 판단모듈(3572)에서, 오프가스 센서(S)들 중, 제2 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출될 때 실행되며, 메모리(31)로부터 이전 유사가스 센서(S’)들의 측정값들을 추출한다.

오프가스 발생여부 최종 판단모듈(3574)은 이전 유사가스 측정값 추출모듈(3573)에 의해 추출된 이전 유사가스 센서(S‘)들의 측정값들을 분석하여, 1)이전 주기에 유사가스가 검출되지 않았으면, 오프가스가 유입되었다고 최종적으로 결정하며, 2)이전 주기에 유사가스가 검출되었으면, 오프가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정한다.

이때 제어부(30)는 오프가스 발생여부 최종 판단모듈(3574)에서, 1)오프가스가 유입되었다고 최종적으로 결정되면, 도 5의 제1 돌발 상황 결정모듈(358)을 실행시키고, 2)오프가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정되면, 상태정보 생성모듈(359)을 실행시킨다.

다시 도 5로 돌아가서, 제1 돌발 상황 결정모듈(358)을 살펴보면, 제1 돌발 상황 결정모듈(358)은 오프가스 발생여부 판단모듈(357)에서 오프가스가 유입되었다고 최종적으로 결정되었다고 판단될 때 실행되며, 현재 상태정보를 제1 돌발 상황으로 결정한다.

상태정보 생성모듈(359)은 제2 돌발 상황 결정모듈(355)에서 제2 돌발 상황이 결정되면, 제2 돌발 상황 정보를 포함하는 상태정보를 생성하며, 제1 돌발 상황 결정모듈(358)에서 제1 돌발 상황이 결정되면, 제1 돌발 상황 정보를 포함하는 상태정보를 생성하며, 제1, 2 돌발 상황 결정모듈(355), (358)들에서 아무린 돌발 상황이 결정되지 않으면, 정상임을 나타내는 상태정보를 생성한다.

이때 상태정보 생성모듈(359)에 의해 생성된 상태정보는 메모리(31)에 저장된다.

후속대응 처리부(36)는 오프가스 검출여부 판단부(35)에서 제1 돌발 상황이 검출되거나 또는 제2 돌발 상황이 검출될 때 실행되며, 기 구축된 알람출력장치를 통해 제1, 2 돌발 상황에 따른 경고 알람이 표출되도록 한다.

또한 후속대응 처리부(36)는 오프가스 검출여부 판단부(35)에서, 제1 돌발 상황 검출 시, ESS(11)로의 전력 공급을 차단하거나, 기 구축된 소화장비를 구동시키거나 또는 관리자 단말기로 제1 돌발 상황 정보를 전송하는 등의 후속대처를 수행하도록 구성될 수 있다.

디스플레이부(37)는 각 센서의 측정데이터들에 대한 그래프와, 오프가스 검출여부 판단부(35)에서 검출된 상태정보를 모니터에 디스플레이 한다.

도 8은 본 발명의 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템의 동작과정을 설명하기 위한 플로차트이다.

본 발명의 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템(1)의 동작과정(S1)은 도 8에 도시된 바와 같이, 분석단계(S10)와, 오프가스 센서 설치단계(S20), 유사가스 센서 설치단계(S30), 상태정보 초기화단계(S40), 센서 초기화단계(S50), 측정값 수집단계(S60), 유사가스 센서 검출단계(S70), 유사가스 검출여부 판단단계(S80), 유사가스 알람 표출단계(S90), 오프가스 센서 검출단계(S100), 오프가스 검출여부 판단단계(S110), 오프가스 알람 표출단계(S120)로 이루어진다.

분석단계(S10)는 관리자(또는 작업자)가 본 발명의 일실시예인 ESS 화재 초기 진압용 오프가스 검출시스템(1)이 적용되는 ESS(11)의 내부 구조 및 유체의 이동경로를 분석하여 벤팅(Venting) 시점, 발생 가능한 유사가스의 종류를 검출하는 단계이다.

오프가스 센서 설치단계(S20)는 작업자가 분석단계(S10)에 의해 검출된 분석데이터를 참조하여, 각 배터리 랙(BR)에서 발생 가능한 오프가스 종류들에 대응하는 오프가스 센서(S1), ..., (Sn)들을 각 배터리 랙(BR) 마다 설치하는 단계이다.

유사가스 센서 설치단계(S30)는 작업자가 분석단계(S10)에 의해 검출된 분석데이터를 참조하여, 각 배터리 랙(BR)에서 발생 가능한 오프가스 종류들에 대응하는 유사가스 센서(S1‘), ..., (Sn’)들을 외기유입구(113)에 설치하는 단계이다.

상태정보 초기화단계(S40)는 모니터링 장치(3)가 오프가스의 현재 상태정보를 ‘null’로 초기화하는 단계이다.

센서 초기화단계(S50)는 모니터링 장치(3)가 오프가스 센서들 및 유사가스 센서를 ‘null’로 초기화시키는 단계이다.

측정값 수집단계(S60)는 모니터링 장치(3)가, 데이터 수집기(5) 및 데이터 변환장치(7)를 통해 오프가스 센서(S1), ..., (Sn)들 및 유사가스 센서(S1’), ..., (Sn’)들로부터 측정데이터들을 수집하는 단계이다.

유사가스 센서 검출단계(S70)는 모니터링 장치(3)가 측정값 수집단계(S60)에 의해 수집된 측정값들 중, 유사가스 센서(S1’), ..., (Sn’)들로부터 전송받은 측정데이터들을 검출하는 단계이다.

도 9는 도 8의 유사가스 검출여부 판단단계를 나타내는 플로차트이다.

유사가스 검출여부 판단단계(S80)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1, ..., n 유사가스 유입여부 판별단계(S81-1), ...., (S81-n)들과, 유사가스 미유입 결정단계(S82), 검출확인단계(S83), 이전 오프가스 감지여부 판별단계(S84), 유사가스 유입 결정단계(S85)로 이루어진다.

제1, ..., n 유사가스 유입여부 판별단계(S81-1), ...., (S81-n)들은 유사가스 센서(S1’), ..., (Sn’)들 각각의 측정값을 임계치와 비교한다.

또한 제1, ..., n 유사가스 유입여부 판별단계(S81-1), ...., (S81-n) 각각은, 해당 유사가스 센서(S’)의 측정값이 임계치 미만이면, 해당 유사가스가 검출되지 않았다고 판단한다.

또한 제m(1 ~ n) 유사가스 유입여부 판별단계(S81-m)는 해당 유사가스가 검출되지 않았다고 판단되면, 다음 단계로 다음 순서의 제(m+1) 유사가스 판별단계(S81-(m+1))를 진행한다. 이때 제n 유사가스 유입여부 판별단계(S81-n)는 해당 유사가스가 검출되지 않았다고 판단되면, 다음 순서가 없기 때문에 다음 단계로 유사가스 미유입 결정단계(S82)를 진행한다.

또한 제m(1

m

n) 유사가스 유입여부 판별단계(S81-m)는 해당 유사가스가 검출되었다고 판단되면, 다음 단계로 검출확인단계(S83)를 진행한다.

유사가스 미유입 결정단계(S82)는 제1, ..., n 유사가스 유입여부 판별단계(S81-1), ...., (S81-n)들 전체에서, 해당 유사가스가 검출되지 않았다고 판단될 때 진행되며, 외기유입구(113)에 유사가스가 유입되지 않았다고 최종 결정한 후, 다음 단계로 전술하였던 도 8의 오프가스 센서 검출단계(S100)를 진행한다.

검출확인단계(S83)는 제1, ..., n 유사가스 유입여부 판별단계(S81-1), ...., (S81-n)들 중 어느 하나에서, 해당 유사가스가 검출되었다고 판단될 때 진행된다.

또한 검출확인단계(S83)는 모니터링 단말기(3)가 외기유입구에 유사가스가 유입되었다고 1차적으로 판단한다.

이전 오프가스 감지여부 판별단계(S84)는 모니터링 단말기(3)가 메모리(31)에 저장된 이전 오프가스 측정값들을 추출하여, 이전 주기에 오프가스가 검출되었는지 여부를 판별한다.

또한 이전 오프가스 감지여부 판별단계(S84)는 이전 주기에서, 1)오프가스가 검출되었다고 판단되면, 전술하였던 도 8의 오프가스 검출단계(S100)를 진행하되, 2)오프가스가 검출되지 않았다고 판단되면, 유사가스 유입 결정단계(S85)를 진행한다.

유사가스 유입 결정단계(S85)는 이전 오프가스 감지여부 판별단계(S84)에서 이전 주기에 오프가스가 검출되지 않았다고 판단될 때 진행되며, 모니터링 단말기(3)가 외기유입구(113)에 유사가스가 유입되었다고 최종 결정한다.

또한 유사가스 유입 결정단계(S85)는 다음 단계로 전술하였던 도 8의 제1 돌발 상황 알람 표출단계(S90)를 진행한다.

다시 도 8로 돌아가서 제1 돌발 상황 알람 표출단계(S90)를 살펴보면, 제1 돌발 상황 알람 표출단계(S90)는 전술하였던 도 9의 유사가스 유입 결정단계(S85)에 의해 외기유입구(113)에 유사가스가 유입되었다고 최종 결정될 때 진행되며, 모니터링 단말기(3)가 유사가스가 유입되었음을 나타내는 알람경고정보가 외부로 표출되도록 제어하며, 다음 단계로 센서 초기화단계(S50)를 진행한다.

오프가스 센서 검출단계(S100)는 모니터링 장치(3)가 측정값 수집단계(S60)에 의해 수집된 측정값들 중, 오프가스 센서(S1), ..., (Sn)들로부터 전송받은 측정데이터들을 검출하는 단계이다.

도 10은 도 8의 오프가스 검출여부 판단단계를 나타내는 플로차트이다.

오프가스 검출여부 판단단계(S110)는 도 10에 도시된 바와 같이, 제1, ..., n 오프가스 검출여부 판별단계(S111-1), ...., (S111-n)들과, 오프가스 미발생 결정단계(S112), 제2 검출확인단계(S113), 이전 유사가스 감지여부 판별단계(S114), 오프가스 발생 결정단계(S115)로 이루어진다.

제1, ..., n 오프가스 검출여부 판별단계(S111-1), ...., (S111-n)들은 모니터링 단말기(3)가 오프가스 센서(S1), ..., (Sn)들 각각의 측정값을 제2 임계치와 비교한다.

또한 제1, ..., n 오프가스 검출여부 판별단계(S111-1), ...., (S111-n) 각각은, 해당 오프라스 센서(S)의 측정값이 임계치 미만이면, 해당 오프가스가 발생하였다고 판단한다.

또한 제m(1 ~ n) 오프가스 검출여부 판별단계(S111-m)는 해당 오프가스가 검출되지 않았다고 판단되면, 다음 단계로 다음 순서의 제(m+1) 오프가스 검출여부 판별단계(S111-(m+1))를 진행한다. 이때 제n 오프가스 검출여부 판별단계(S111-n)는 해당 오프가스가 검출되지 않았다고 판단되면, 다음 순서가 없기 때문에 다음 단계로 오프가스 미발생 결정단계(S112)를 진행한다.

또한 제m(1

m

n) 오프가스 검출여부 판별단계(S111-m)는 해당 오프가스가 검출되었다고 판단되면, 다음 단계로 제2 검출확인단계(S113)를 진행한다.

오프가스 미발생 결정단계(S112)는 제1, ..., n 오프가스 검출여부 판별단계(S111-1), ...., (S111-n)들 전체에서, 해당 오프가스가 검출되지 않았다고 판단될 때 진행되며, 배터리 랙(BR)들에서 오프가스가 발생하지 않았다고 최종 결정한 후, 다음 단계로 전술하였던 도 8의 상태정보 초기화단계(S40)를 진행한다.

제2 검출확인단계(S113)는 제1, ..., n 오프가스 검출여부 판별단계(S111-1), ...., (S111-n)들 중 어느 하나에서, 해당 오프가스가 검출되었다고 판단될 때 진행된다.

또한 제2 검출확인단계(S113)는 모니터링 단말기(3)가 배터릭 랙(BR)들 중 적어도 하나 이상에서 오프가스가 발생하였다고 1차적으로 판단한다.

이전 유사가스 감지여부 판별단계(S114)는 모니터링 단말기(3)가 메모리(31)에 저장된 이전 유사가스 측정값들을 추출하여, 이전 주기에 유사가스가 검출되었는지 여부를 판별한다.

또한 이전 유사가스 감지여부 판별단계(S114)는 이전 주기에서, 1)유사가스가 검출되었다고 판단되면, 다음 단계로 전술하였던 도 8의 상태정보 초기화단계(S40)를 진행하되, 2)오프가스가 검출되지 않았다고 판단되면, 다음 단계로 제2 돌발 상황 표출단계(S120)를 진행한다.

오프가스 발생 결정단계(S115)는 이전 유사가스 감지여부 판별단계(S114)에서 이전 주기에 유사가스가 검출되지 않았다고 판단될 때 진행되며, 모니터링 단말기(3)가 배터리 랙(BR)들 중 적어도 하나 이상에서 오프가스가 발생하였다고 최종 결정한다.

또한 오프가스 발생 결정단계(S115)는 다음 단계로 전술하였던 도 8의 제2 돌발 상황 알람 표출단계(S90)를 진행한다.

다시 도 8로 돌아가서 제2 돌발 상황 알람 표출단계(S120)를 살펴보면, 제2 돌발 상황 알람 표출단계(S120)는 전술하였던 도 10의 오프가스 발생 결정단계(S115)에서, 배터리 랙(BR)들 중 적어도 하나 이상에서 오프가스가 발생하였다고 최종 결정될 때 진행되며, 모니터링 단말기(3)가 오프가스가 발생하였음을 나타내는 알람경고정보가 외부로 표출되도록 제어하며, 다음 단계로 센서 초기화단계(S50)를 진행한다.

이와 같이 본 발명의 일실시예인 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템(1)은 배터리 구조 및 유체이동경로에 따라, 발생 가능한 오프가스 종류들 각각을 센싱하기 위한 오프가스 센서들을 설치함과 동시에 각 오프가스 센서에서 검출된 측정값을 기반으로 오프가스 발생 여부를 판단하도록 구성되며, 발생 가능한 오프가스 종류들에 각각을 센싱하기 위한 유사가스 센서들을 외기유입구에 별도로 설치함으로써 오프가스뿐만 아니라 유사가스의 유입 여부를 감안하여 오프가스 발생 여부를 판단하여, 판단의 정확성 및 신뢰도를 극대화시켜, 화재를 초기에 신속하게 진입할 수 있을 뿐만 아니라 오판단 및 오류를 효과적으로 절감시킬 수 있으며, 케이스 종류(원통/파우치/각형 등)와 SOC, 스트레스 종류 등의 다양한 조건에 따른 발생 가능한 오프가스들 각각에 대한 정확한 검출이 가능하여 화재방지의 효율성을 더욱 높일 수 있게 된다.

1:ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템
3:모니터링 단말기 5:데이터 수집기
7:데이터 변환장치 S1, ..., Sn:오프가스 센서들
S1’, ..., Sn’:유사가스 센서들 11:ESS
30:제어부 31:메모리
32:통신 인터페이스부 33:센서 설정부
34:측정데이터 입력부 35:오프가스 검출여부 판단부
36:후속대응 처리부 37:디스플레이부
111:챔버 113:외기유입구
351:상태정보 초기화모듈 352:센서 초기화모듈
353:유사가스 측정데이터 분석모듈 354:유사가스 유입여부 판단모듈
355:제2 돌발 상황 결정모듈 356:오프가스 측정데이터 분석모듈
357:오프가스 발생여부 판단모듈 358:제1 돌발 상황 결정모듈
359:상태정보 생성모듈 3541:분석데이터 입력모듈
3542:비교 및 판단모듈 3543:이전 오프가스 측정값 추출모듈
3544:유사가스 유입여부 최종 판단모듈
3571:제2 분석데이터 입력모듈 3572:제2 비교 및 판단모듈
3573:이전 유사가스 측정값 추출모듈
3574:오프가스 발생여부 최종 판단모듈

Claims (6)

1. 내부에 배터리 셀이 배치되는 배터리 랙(BR)들이 챔버에 설치되며, 상기 챔버로 외기를 유입시키는 외기유입구를 포함하는 ESS의 열폭주를 조기에 검출하기 위한 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템에 있어서:
   상기 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템은
   상기 배터리 랙(BR)들 각각에 설치되되, 해당 배터리 셀에서 발생 가능한 오프가스 종류들 각각을 센싱하는 오프가스 센서들;
   상기 외기유입구에 설치되며, 상기 오프가스 센서들에서 센싱하는 오프가스 종류들을 각각을 센싱하는 유사가스 센서들;
   상기 오프가스 센서들 및 상기 유사가스 센서들로부터 측정데이터들을 수신 받으면, 수신 받은 측정데이터들을 분석하여, 돌발 상황을 검출하는 모니터링 단말기;
   상기 오프가스 센서들 및 상기 유사가스 센서들로부터 전송받은 측정데이터들 전압으로 변환하는 데이터 변환장치;
   상기 데이터 변환장치로부터 출력되는 전압값을 활용하여, 상기 오프가스 센서들 및 상기 유사가스 센서들로부터 전송받은 측정데이터들을 검출한 후, 검출된 측정데이터들을 저장함과 동시에 그래프화 하여 전시하며, 상기 모니터링 단말기로 전송하는 데이터 수집기(DAQ, Data AcQuisition)를 포함하고,
   상기 모니터링 단말기는
   메모리;
   상기 데이터 수집기로부터 전송받은 각 센서의 측정데이터들을 입력받는 측정데이터 입력부;
   오프가스 검출여부 판단부;
   후속대응 처리부를 포함하고,
   상기 오프가스 검출여부 판단부는
   상기 ESS의 상태정보를 ‘null’로 초기화하는 상태정보 초기화모듈;
   상기 오프가스 센서들 및 상기 유사가스 센서들 각각의 측정값을 ‘null’로 초기화하는 센서 초기화모듈;
   상기 측정데이터 입력부를 통해 입력된 측정데이터들 중, 상기 유사가스 센서들로부터 전송받은 측정데이터들을 분석하여, 각 유사가스 센서의 측정값을, 유사가스가 감지되었다고 판단할 수 있는 측정값의 최소값인 기 설정된 임계치와 비교하는 유사가스 측정데이터 분석모듈;
   상기 유사가스 측정데이터 분석모듈에 의해 검출된 분석데이터를 활용하여, 상기 유사가스 센서들 중, 1)임계치 이상의 측정값을 갖는 유사가스 센서가 적어도 하나 이상이면, 유사가스가 유입되었다고 판단하는 유사가스 유입여부 판단모듈;
   상기 유사가스 유입여부 판단모듈에서 유사가스가 유입되었다고 판단될 때 실행되며, 현재 상태정보를 제2 돌발 상황으로 결정하는 제2 돌발 상황 결정모듈을 포함하고,
   상기 후속대응 처리부는
   상기 오프가스 검출여부 판단부에서 제2 돌발 상황이 발생하였다고 결정되면, 제2 돌발 상황이 발생하였음을 나타내는 알람경고정보가 외부로 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 유사가스 유입여부 판단모듈은
   상기 유사가스 측정데이터 분석모듈에 의해 검출된 분석데이터를 입력받는 분석데이터 입력모듈;
   상기 분석데이터 입력모듈을 통해 입력된 각 유사가스 센서의 측정데이터가, 기 설정된 임계치 이상인지를 비교하며, 유사가스 센서들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출되면, 유사가스가 유입되었다고 1차적으로 판단하는 비교 및 판단모듈;
   상기 비교 및 판단모듈에서, 유사가스 센서들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출될 때 실행되며, 상기 메모리로부터 이전 주기의 상기 오프가스 센서들의 측정값들을 추출하는 이전 오프가스 측정값 추출모듈;
   상기 이전 오프가스 측정값 추출모듈에 의해 추출된 이전 오프가스 센서들의 측정값들을 분석하여, 1)이전 주기에 오프가스가 검출되지 않았으면, 유사가스가 유입되었다고 최종적으로 결정하며, 2)이전 주기에 오프가스가 검출되었으면, 유사가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정하는 유사가스 유입여부 최종 판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 오프가스 검출여부 판단부는
   1)상기 비교 및 판단모듈에서, 유사가스 센서들 중, 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 하나도 검출되지 않거나 또는 2)상기 유사가스 유입여부 최종 판단모듈에서, 유사가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정될 때 실행되며, 상기 측정데이터 입력부를 통해 입력된 측정데이터들 중, 상기 오프가스 센서들로부터 전송받은 측정데이터들을 분석하여, 각 오프가스 센서의 측정값을, 오프가스가 발생하였다고 판단할 수 있는 기 설정된 제2 임계치와 비교하는 오프가스 측정데이터 분석모듈;
   상기 오프가스 측정데이터 분석모듈에 의해 검출된 분석데이터를 활용하여, 상기 오프가스 센서들 중, 1)제2 임계치 이상의 측정값을 갖는 오프가스 센서가 적어도 하나 이상이면, 오프가스가 발생하였다고 판단하는 오프가스 발생여부 유입여부 판단모듈;
   상기 오프가스 발생여부 판단모듈에서 오프가스가 발생하였다고 판단될 때 실행되며, 현재 상태정보를 제1 돌발 상황으로 결정하는 제1 돌발 상황 결정모듈을 포함하고,
   상기 후속대응 처리부는
   상기 오프가스 검출여부 판단부에서 제1 돌발 상황이 발생하였다고 결정되면, 제1 돌발 상황이 발생하였음을 나타내는 알람경고정보가 외부로 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 오프가스 발생여부 유입여부 판단모듈은
   상기 오프가스 측정데이터 분석모듈에 의해 검출된 분석데이터를 입력받는 제2 분석데이터 입력모듈;
   상기 제2 분석데이터 입력모듈을 통해 입력된 각 오프가스 센서의 측정데이터가, 기 설정된 제2 임계치 이상인지를 비교하며, 상기 오프가스 센서들 중, 제2 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출되면, 오프가스가 유입되었다고 1차적으로 판단하는 제2 비교 및 판단모듈;
   상기 제2 비교 및 판단모듈에서, 상기 오프가스 센서들 중, 제2 임계치 이상의 측정값을 갖는 센서가 적어도 하나 이상 검출될 때 실행되며, 상기 메모리로부터 이전 주기의 상기 유사가스 센서들의 측정값들을 추출하는 이전 유사가스 측정값 추출모듈;
   상기 이전 유사가스 측정값 추출모듈에 의해 추출된 이전 주기의 상기 유사가스 센서들의 측정값들을 분석하여, 1)이전 주기에 유사가스가 검출되지 않았으면, 오프가스가 유입되었다고 최종적으로 결정하며, 2)이전 주기에 유사가스가 검출되었으면, 오프가스가 유입되지 않았다고 최종적으로 결정하는 오프가스 유입여부 최종 판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 열폭주 이상징후 조기 검출시스템.

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